La turbine hydraulique est un type de machine-outil hydraulique. Le prototype de la turbine hydraulique apparaît dès 100 av. J.-C. À cette époque, sa fonction principale était d'actionner des machines pour le traitement des céréales et l'irrigation. Dispositif mécanique actionné par le courant de l'eau, la turbine hydraulique a évolué jusqu'à la turbine hydraulique moderne, et son champ d'application s'est considérablement élargi. Mais où sont principalement utilisées les turbines hydrauliques modernes ?
La turbine hydraulique est principalement utilisée dans les centrales de pompage-turbinage. Lorsque la charge du réseau électrique est inférieure à la charge de base, elle fonctionne comme une pompe à eau, utilisant la capacité de production d'électricité excédentaire pour pomper l'eau du réservoir aval vers le réservoir amont et stocker l'énergie sous forme d'énergie potentielle. Lorsque la charge du réseau est supérieure à la charge de base, elle fonctionne comme une turbine hydraulique pour produire de l'électricité et lisser la demande de pointe. Ainsi, une centrale de pompage-turbinage pure n'augmente pas la puissance du réseau électrique, mais améliore la rentabilité des centrales thermiques et le rendement global du réseau. Depuis les années 1950, les centrales de pompage-turbinage ont connu un essor rapide et une forte demande à travers le monde.
Les centrales de pompage-turbinage développées au début du XXe siècle ou nécessitant une hauteur de chute importante utilisent généralement une configuration à trois machines : un groupe électrogène, une turbine hydraulique et une pompe à eau montés en série. L'avantage principal réside dans la conception indépendante de la turbine et de la pompe, ce qui permet un rendement élevé. De plus, le sens de rotation de la centrale est identique en mode production et en mode pompage, facilitant ainsi la conversion entre production et pompage. La turbine peut également servir au démarrage de la centrale. En revanche, cette configuration présente l'inconvénient d'un coût élevé et d'un investissement important dans la centrale.
Les pales de la turbine à pompe à flux incliné peuvent tourner tout en conservant un bon rendement malgré les variations de hauteur de chute et de charge. Cependant, en raison des limitations liées aux caractéristiques hydrauliques et à la résistance des matériaux, sa hauteur de chute maximale n'était que de 136,2 m au début des années 1980 (centrale hydroélectrique de Kogen n° 1 au Japon). Pour des hauteurs de chute supérieures, des turbines à pompe Francis sont nécessaires.
La centrale hydroélectrique à accumulation par pompage est équipée de réservoirs supérieur et inférieur. À énergie stockée égale, l'augmentation de la hauteur de chute permet de réduire la capacité de stockage, d'accroître la vitesse de rotation et de diminuer le coût du projet. C'est pourquoi les centrales hydroélectriques à haute chute (supérieure à 300 mètres) connaissent un développement rapide. La turbine-pompe Francis, qui possède la plus grande hauteur de chute au monde, est installée à la centrale de Beinabashta en Yougoslavie. Sa puissance unitaire est de 315 MW et la hauteur de chute de la turbine est de 600,3 mètres. La pompe, quant à elle, présente une hauteur de chute de 623,1 mètres et une vitesse de rotation de 428,6 tr/min. Elle a été mise en service en 1977. Depuis le XXe siècle, les centrales hydroélectriques n'ont cessé d'évoluer vers des performances élevées et une capacité importante. Face à l'augmentation de la capacité des réseaux électriques et au développement de l'énergie nucléaire, et afin de résoudre le problème de l'écrêtement des pointes de consommation, les pays du monde entier construisent activement des centrales hydroélectriques à accumulation par pompage, parallèlement au développement ou à l'extension des grandes centrales hydroélectriques sur les principaux cours d'eau. C’est pourquoi les turbines à pompe se sont développées rapidement.
Machine transformant l'énergie du courant en énergie mécanique rotative, la turbine hydraulique est un élément indispensable des groupes hydroélectriques. Face à l'urgence environnementale, l'hydroélectricité, source d'énergie propre, connaît un essor considérable. Afin d'exploiter pleinement les diverses ressources hydrauliques, les marées, les rivières à faible dénivellation et même les vagues suscitent un intérêt croissant, favorisant ainsi le développement rapide des turbines tubulaires et autres unités de petite taille.
Date de publication : 6 avril 2022
